首都醫(yī)科大學(xué)電力教學(xué)醫(yī)院放射科(北京 100073)

苗 娜 齊建國 周全紅 國 宇 陳世光 康群鳳 康 楓

3D動脈自旋標(biāo)記成像在神經(jīng)膠質(zhì)瘤術(shù)前分級中的應(yīng)用價值

首都醫(yī)科大學(xué)電力教學(xué)醫(yī)院放射科(北京 100073)

苗 娜 齊建國 周全紅 國 宇 陳世光 康群鳳 康 楓

目的評估基于FSE的3D-動脈自旋標(biāo)記(3D-ASL)在神經(jīng)膠質(zhì)瘤術(shù)前分級中的應(yīng)用價值。方法選擇35例疑似腦膠質(zhì)瘤的患者為研究對象，術(shù)前均行MR常規(guī)、3D-ASL及MR腦灌注-動態(tài)磁敏感對比成像(DSC)。分別測得DSC和3D-ASL兩種方法中的腫瘤實(shí)質(zhì)部分最大相對血流量(rTBFmax)。將這兩種方法得到的rTBFmax做差異分析(t檢驗(yàn))；用兩獨(dú)立樣本秩和檢驗(yàn)分別比較ASL及DSC產(chǎn)生的rTBFmax在不同級別膠質(zhì)瘤之間有無統(tǒng)計學(xué)差異。結(jié)果35例患者中病理證實(shí)的腦膠質(zhì)瘤患者高級別膠質(zhì)瘤18例(WHO Ⅳ級11例，Ⅲ級7例),低級別膠質(zhì)瘤13例(WHO Ⅱ級)。rTBFmax值在3D-ASL和DSC兩種技術(shù)之間的差異無明顯統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。3D-ASL法測得的rTBFmax值，高、低級別膠質(zhì)瘤分別為(2.34±1.21)、(0.69±0.36)，DSC法測得的rTBFmax值分別為(2.55±1.06)、(0.72±0.52)，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.01)。結(jié)論3DASL可成為膠質(zhì)瘤血流動力學(xué)的常規(guī)評估方法,將其與常規(guī)MRI掃描聯(lián)合用于術(shù)前膠質(zhì)瘤級別的評估會提高腦膠質(zhì)瘤分級診斷的準(zhǔn)確性。

磁共振灌注成像；三維動脈自旋標(biāo)記法;動態(tài)磁敏感對比增強(qiáng)；腦膠質(zhì)瘤

膠質(zhì)瘤是腦腫瘤中最常見的惡性腫瘤，約占顱內(nèi)所有腫瘤的44.6%[1]。術(shù)前正確的影像學(xué)分級診斷對膠質(zhì)瘤治療方案的確定及預(yù)后判斷具有十分重要的意義。微循環(huán)灌注是腫瘤病變生長的基礎(chǔ),腫瘤的血管新生情況是評價腫瘤良惡性的最重要的生物學(xué)標(biāo)記。因此進(jìn)行腫瘤微循環(huán)灌注成像成為對膠質(zhì)瘤術(shù)前分級的一種重要手段。

磁共振灌注成像(magnetic resonance perfusion weighted imaging,MRPWI)是一種利用磁共振快速成像序列和圖像后處理技術(shù)來反映灌注狀況的成像方法,它可以提供組織器官血流動力學(xué)方面信息[2]。目前應(yīng)用最多、最廣泛的磁共振灌注成像技術(shù)為動態(tài)磁敏感對比成像(Dynamic Susceptibility Contrast，DSC)[3]。動脈血質(zhì)子自旋標(biāo)記(arterial spin labeling, ASL)則是另一種使用動脈血質(zhì)子作為內(nèi)源性示蹤劑的灌注技術(shù)，它不必注射任何對比劑，完全無創(chuàng)。特別是近年來3D-ASL的推出，它作為全新腦容積灌注成像，既克服了DSC和傳統(tǒng)ASL容易受磁敏感偽影干擾的缺點(diǎn)，還實(shí)現(xiàn)了全腦灌注成像，采集信號的速度、質(zhì)量明顯提高，信號定位準(zhǔn)確[4]。

1 材料與方法

1.1 一般資料選2013年10月～2014年7月間我院神經(jīng)外科腦膠質(zhì)疑似瘤患者35例。本研究已獲得倫理道德委員會的同意，所有入選患者均已簽署知情同意書。術(shù)前均行MR常規(guī)、MR腦灌注(DSC及3D-ASL)，最后經(jīng)病理證實(shí)的腦膠質(zhì)瘤患者為31例(高級別膠質(zhì)瘤18例，其中Ⅲ級7例，Ⅳ級11例；低級別膠質(zhì)瘤13例，均為Ⅱ級)?！獏⒄帐澜缧l(wèi)生組織(2007年)中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類標(biāo)準(zhǔn)，I、Ⅱ級膠質(zhì)瘤歸為低級別組，Ⅲ、Ⅳ級膠質(zhì)瘤歸為高級別組。膠質(zhì)瘤患者年齡范圍為30～70歲，男17例，女14例。其余4例為單發(fā)腦轉(zhuǎn)移瘤(其中經(jīng)手術(shù)切除后病理證實(shí)者3例，結(jié)合臨床病史隨訪證實(shí)者1例)。

1.2 檢查方法使用美國GE Discovery 750w MR，3.0T超導(dǎo)磁共振機(jī)。所有患者行T1WI(軸、矢)及T2WI、FLAIR、DWI(軸位)、3D-ASL序列掃描后，予靜脈團(tuán)注對比劑Gd-DTPA，行DSC灌注成像和增強(qiáng)T1WI。3D-ASL掃描：基于FSE的3D Spiral采集；參數(shù)選擇：TR 4680ms，TE 10.7ms，間隔0mm，層厚4mm，激勵3次。DSC掃描：序列采用平面回波梯度恢復(fù)脈沖；參數(shù)選擇：TR 1800ms，TE45ms，間隔1.5mm，層厚5mm，翻轉(zhuǎn)角60。激勵1次。對比劑應(yīng)用釓一二乙烯五胺乙酸(Gd.DTPA)，肘靜脈3ml/s，0.2mmol/kg，先后注射等量對比劑及0.9%氯化鈉。

1.3 圖像處理與分析通過MR750w磁共振工作站應(yīng)用軟件分析ASL、DSC灌注數(shù)據(jù)，自動生成彩色圖像，由紅色至深藍(lán)表示，紅色代表高灌注，藍(lán)色代表低灌注。將T1軸位圖像與兩種灌注技術(shù)所得彩色圖融合,選擇膠質(zhì)瘤灌注最明顯層面，測量腫瘤實(shí)質(zhì)部分最大腫瘤血流量(maximal tumor blood flow，TBFmax)以及對側(cè)鏡像區(qū)的血流量CBFT對。選擇感興趣區(qū)(region of interest，ROI)大小約60mm2，(ASL和DSC 2種方法所選興趣區(qū)的層面、位置對應(yīng)一致)每處測量3次，求其平均值，并求比值，得出瘤區(qū)實(shí)性區(qū)域平均最大相對腦血流量rTBFmax=TBFmax/CBFT對。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法將上述所有數(shù)據(jù)存盤并將所得數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，所有灌注數(shù)值結(jié)果以(±s)表示，將這兩種方法得到的rTBFmax做差異分析(t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義)；用兩獨(dú)立樣本秩和檢驗(yàn)分別比較ASL及DSC產(chǎn)生的rTBFmax在不同級別膠質(zhì)瘤之間有無統(tǒng)計學(xué)差異，取P值為0.05。另外，請兩名高年資放射科醫(yī)生閱片35例患者。先由常規(guī)MRI平掃及增強(qiáng)檢查做出分級診斷(診斷1)，在此基礎(chǔ)上再結(jié)合3D-ASL灌注圖做出分級診斷(診斷2)，然后將兩次診斷分別與病理結(jié)果對照。

2 結(jié) 果

35例腦腫瘤患者均取得比較好的灌注圖像，其中病理證實(shí)的腦膠質(zhì)瘤患者共31例高級別膠質(zhì)瘤18例(WHO Ⅳ級11例，Ⅲ級7 例)，低級別膠質(zhì)瘤13例，(WHOⅡ級)。3D-ASL和DSC灌注圖中的CBF圖像上高級別膠質(zhì)瘤顯示高灌注，低級別膠質(zhì)瘤顯示低灌注，高、低級別膠質(zhì)瘤的rTBFmax值存在顯著差異，見表1。rTBFmax值在ASL和DSC兩種技術(shù)之間的差異無明顯統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)，見表2。

結(jié)合病理診斷結(jié)果，常規(guī)MRI(診1)的診斷符合率為70.12%，MRI+3D-ASL(診2)的診斷符合率為86.31%。MRI+3D-ASL在診斷準(zhǔn)確性上與常規(guī)MRI相比有一定程度提高。

3 討 論

動態(tài)磁敏感對比成像是目前已發(fā)表的大多數(shù)文獻(xiàn)中使用的灌注方法，此方法也己經(jīng)被證實(shí)能夠較準(zhǔn)確反映腦腫瘤新生腫瘤血管的信息[5]。采用該方法可以通過后處理分析得到腦血容量、腦血流量(CBF)、平均通過時間等灌注參數(shù)。但在腦灌注中計算這些參數(shù)的時候所采用的是血腦屏障模型，所以計算所得到的這些參數(shù)取決于血腦屏障的狀態(tài)。而且該灌注方法采用了GRE-EPI成像技術(shù)，容易受磁敏感偽影干擾，在靠近含氣結(jié)構(gòu)的區(qū)域該技術(shù)無法正確評價組織的微循環(huán)灌注。

動脈血質(zhì)子自旋標(biāo)記MRI灌注成像是最近幾年發(fā)展起來的MRI灌注新技術(shù)。ASL技術(shù)是采用反轉(zhuǎn)脈沖標(biāo)記自身動脈血中的質(zhì)子，將標(biāo)記前后采集的圖像進(jìn)行減影，從而產(chǎn)生灌注加權(quán)CBF的圖像，然后通過應(yīng)用一定的動力學(xué)模式可以將所得組織CBF進(jìn)行定量。由于其沒有外源性藥物影響血液的物理、化學(xué)及生理特性，同時不受血腦屏障破壞的影響，因此ASL有利于在機(jī)體原始的生理或病理狀態(tài)下得到組織的血流動力學(xué)參數(shù)，有望實(shí)現(xiàn)對腦血流量(CBF)的絕對測量[6]，這一點(diǎn)對腦腫瘤尤其是高級別腫瘤CBF的評估尤為重要。Warmath、溫洋等[7-8]國內(nèi)外多位學(xué)者曾將ASL技術(shù)用于高級別膠質(zhì)瘤與低級別膠質(zhì)瘤對比研究。但由于傳統(tǒng)2D-ASL信噪比受限于組織內(nèi)的血容量，采用EPI信號讀取方式，無法克服信噪比低、磁敏感偽影兩個致命缺陷，加之不能夠進(jìn)行全腦灌注成像，所以并沒有在臨床得到廣泛的應(yīng)用。ASL技術(shù)經(jīng)過不斷地創(chuàng)新和完善，推出最新的3D-ASL，既克服了DSC和傳統(tǒng)ASL容易受磁敏感偽影干擾的缺點(diǎn)，還實(shí)現(xiàn)了全腦灌注成像，采集信號的速度、質(zhì)量明顯提高，可發(fā)現(xiàn)顱底腦組織至大腦頂葉皮層異常灌注區(qū)[9]。技術(shù)方面的突破使得3D-ASL技術(shù)作為腫瘤病變灌注成像的全新解決方案，能更安全準(zhǔn)確地評價病變的灌注水平。

表1 高低級別膠質(zhì)瘤DSC法和3D-ASL法所得比值的比較(±s）

表1 高低級別膠質(zhì)瘤DSC法和3D-ASL法所得比值的比較(±s）

注：*與低級別比較，P＜0.01

組別 例數(shù) TBFmax/對側(cè)半球CBF ASL法 DSCF法低級別 13 0.69±0.36 0.72±0.52高級別 18 2.34±1.21* 2.55±1.06*

表2 兩種灌注方法所得比值的比較（±s）

表2 兩種灌注方法所得比值的比較（±s）

注：*與DSC比較，P＞0.05

方法 例數(shù) TBFmax/對側(cè)半球CBF DSC 31 1.81±1.20 ASL 31 1.74±1.16*

本研究用DSC和3D-ASL兩種腦灌注方法對高、低級別膠質(zhì)瘤進(jìn)行灌注研究，經(jīng)數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示3D-ASL可以很好的顯示膠質(zhì)瘤的血流灌注變化，將其用于膠質(zhì)瘤術(shù)前評估及分級診斷與DSC測量結(jié)果具有高度一致性，這與國內(nèi)外多個相關(guān)研究結(jié)果一致[10-12]。

35例腦腫瘤患者的腦灌注圖像均取得比較好的灌注效果。為避免磁化傳遞效應(yīng)以及個體差異等因素的影響本研究參照國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)[13-15]，采用半定量的腫瘤相對最大血流量rTBFmax作為研究指標(biāo)。利用3D-ASL技術(shù)對膠質(zhì)瘤進(jìn)行術(shù)前級別評估，結(jié)果顯示高級別膠質(zhì)瘤組rTBFmax明顯高于低級別膠質(zhì)瘤組，高、低級別膠質(zhì)瘤的相對血流量之間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，這與DSC法灌注結(jié)果一致。因此，用3DASL來替代DSC法進(jìn)行微循環(huán)灌注用于腦膠質(zhì)瘤術(shù)前評估及分級是可行的。

同時我們注意到其中兩例患者在MRI增強(qiáng)序列中病變區(qū)無明顯強(qiáng)化，依據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)我們會診斷為低級別膠質(zhì)瘤，但在3D-ASL圖像中顯示病變局部呈明顯高灌注，病理結(jié)果顯示為WHO Ⅲ級。以上情況的出現(xiàn)主要是因?yàn)槟[瘤病變的對比劑增強(qiáng)掃描和灌注成像反映的是病變不同的病理改變，對比增強(qiáng)掃描腫瘤強(qiáng)化程度的高低實(shí)際上反映的是血腦屏障破壞程度以及造影劑滲出至血管外間隙中的濃度，明顯強(qiáng)化僅僅代表局部血腦屏障破壞明顯，而灌注掃描所反映的才是腫瘤血管的增殖程度。顯然，僅根據(jù)有無增強(qiáng)來判斷腫瘤的分級是不可靠的。

MRI+3D-ASL的聯(lián)合應(yīng)用使影像科醫(yī)生的診斷準(zhǔn)確率有所提高。3D-ASL成為腦膠質(zhì)瘤分級診斷的有效補(bǔ)充,關(guān)鍵為臨床醫(yī)生制定更合理的手術(shù)方案提供了重要參考。同時，3D-ASL作為一種非電離、不用注射對比劑的成像方法是完全無創(chuàng)的，在一定程度上降低了病人檢查過程中產(chǎn)生風(fēng)險及副作用的概率，尤其是對對比劑過敏、腎功能不全的高危人群、需多次檢查的人群來說是一種簡單而有效的檢查方法。

[1]張紀(jì).深入開展膠質(zhì)瘤綜合治療及其基礎(chǔ)研究[J].中華神經(jīng)外科雜志,2003,19(1):1-2.

[2]Hrabe J,Lewis DP.Two Analytical Solutions for a Model of Pulsed Arterial Spin Labeling with Randomized Blood Arrival Times[J].J Magn Reson, 2004,167(1):49-55.

[3]Zaharchuk G.Theoretical basis of hemodynamic MR imaging techniques to measure cerebral blood volume,cerebral blood flow,and permeabili ty[J]. AJNR,2007,28(28):1850-1858.

[4]倪萍,張英魁,史凱寧,等全腦3D動脈自旋標(biāo)記成像及其在顱內(nèi)腫瘤病變中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)療設(shè)備2013,28(10):16-19.

[5]Zikou AK,A1exiou GA,Kosta P,et a1.Diffusion tensor and dynamic susceptibility contrast MRI in glioblastoma[J].Clin Neuro1 NeuroSurg,2012,114(6):607-612.

[6]Wolf RL,Detre JA.Clinical neuroimaging using arterial spin labeled.perfusion magnetic resonance imaging[J]. Neurotherapeutics,2007,4(3):346-359.

[7]Warmuth C,Gunther M,Zimmer C.Quantification of blood flow in brain tumors: comparison of arterial spin labeling and dynamic susceptibilityweighted contrastenhanced MR imaging[J]. Radiology,2003,228(2):523-532.

[8]溫洋,戴建平,高培毅,等.ASL在膠質(zhì)瘤分級中的初步應(yīng)用[J].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2005,21(9):1371-1375.

[9]倪萍,張英魁,史凱寧,等全腦3D動脈自旋標(biāo)記成像及其在顱內(nèi)腫瘤病變中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)療設(shè)備2013,28(10):16-19.

[10]朱記超,婁明武,張方璟,等.動脈自旋標(biāo)記技術(shù)在腦腫瘤術(shù)前評估中的應(yīng)用研究[J].臨床放射學(xué)雜志,2012,31(12):1688-1693.

[11]王葦,李澄,陳建,等.流動敏感交互式反轉(zhuǎn)恢復(fù)磁共振灌注成像技術(shù)及其初步臨床應(yīng)用[J].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2004,20(8):1289-1292.

[12]Knutsson L,van Westen D,Petersen ET,et al.Absolute quantification of cerebral blood flow:correlation between dynamic susceptibility contrast MRI and model-free arterial spin labeling[J]. Magn Reson Imaging,2010,28(1):1-7.

[13]Detre JA,Alsop DC.Perfusion magnetic resonance imaging with continuous arterial spin labeling:methods and clinical applications in the central nervous system[J].Eur J Radiol, 1999,30(2):115-124．

[14]Golay XA,Hendrikse JE,Lim TC,et al.Perfusion imaging using ASL[J].Magn Reson Imag, 2004,15(1):10-27．

[15]溫洋,戴建平,高培毅,等.ASL在膠質(zhì)瘤分級中的初步應(yīng)用[J].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2005,21(9):1371-1375.

(本文編輯:郭吉敏)

3D Arterial Spin Labeling MR Imaging Technique in Gliomas:Efficacy in Preoperative Grading

MIAO Na, QI Jian-guo, ZHOU Quan-hong, et al．, Beijing Electric Power Hospital, Beijing 100073, China

ObjectiveTo retrospectively assess the efficacy of 3D arterial spin labeling (3DASL) based on fast spin echo (FSE) technique in the preoperative grading of glioma．MethodsThirty-five patients who were suspected with glioma clinically underwent conventional MR imaging, 3D-ASL, and dynamic susceptibility contrast (DSC) imaging．The DSC and 3D ASL -derived index relative maximal tumor blood flow (rTBFmax) were generated from the tumors． Student t test was used to compare rTBFmaxbetween 3D-ASL and DSC． Wilcoxon rank sum test was used to compare 3D-ASL and DSC-MRI indices for differences between low- and high- grade gliomas．ResultsThe histological diagnosis of excised tumor from the 35 patients included in this study demonstrated that 18 patients had high-grade gliomas (11 had WHO grade IV, 7had WHO III), and 13 had low-grade gliomas ( Had WHO II)． On Student t test, there was no significant difference between 3D-ASL and DSC -derived rTBFmax(P＞0．05)． There were significant differences between high- and low- grade glioma rTBFmax (P＜0．01) for the two methods of 3D-ASL and DSC in high- and low- grade gliomas were respectively (2．34±1．21), (0．69±0．36), (2．55±1．06) and (0．72±0．52)．Conclusion3D-ASL can be utilized as a routine technique for evaluating the hemodynamics of gliomas． The combination of 3DASL and conventional MR imaging may improve the accuracy of preoperative grading in glioma．

Magnetic Resonance Perfusion Imaging; Three-dimensional Arterial Spin Labeling; Dynamic Contrast Enhancement; Brain Glioma

R322.1+21

A

10.3969/j.issn.1672-5131.2017.01.004

2016-12-05

康 楓